论水泥石的硫铝酸盐膨胀——兼论液相中CaO低于饱和浓度时硫铝酸钙膨胀的特点

本文回顾了膨胀和自应力水泥发展以及对水泥石的硫铝酸盐膨胀研究的历史。介绍了建材研究院水泥所物化室自六十年代初至最近关于水泥石硫铝酸盐膨胀的研究结果。认为:1.在水泥石硬化初期形成的钙矾石起强度骨架作用,在水泥石具有一定强度后,继续形成的钙矾石才起膨胀作用;不管形成钙矾石的Al_2O_3、CaO、SO_3的来源如何,不管液相中 CaO的浓度是饱和还是不饱和,所形成的钙矾石均能引起膨胀。2.水泥石的硫铝酸盐膨胀时产生的自应力值和水泥石结构与下述条件有关:钙矾石形态(取决于液相CaO浓度)、数量、形成钙矾石时的水泥石强度;与钙矾石同时生成的胶凝相的形成方式、数量、形态以及混凝土的限制条件。3.水泥石液相中CaO低于饱和浓度时,某些铝酸盐矿物形成了膨胀性较小的钙矾石并在同一反应中形成了水化氧化铝凝胶,得到的水泥石的显微结构致密,强度和膨胀协调发展,混凝土的自由膨胀率和限制膨胀率的比值较小,有利于获得高自应力值及高气密性的自应力水泥混凝土。用上述论点,讨论了与形成钙矾石有关的膨胀现象和理论,展望化学予应力逐步赶上机械予应力及大幅度提高水泥制品抗气渗性能的前景。     

低碱度水泥浆体中钙矾石通过液相形成的证据

前言钙矾石是硬化水泥浆体的重要组分之一,它对水泥石的结构和性能有重要影响。从钙矾石为基础的膨胀和自应力水泥、超硫酸盐水泥、硫铝酸盐早强水泥和低碱度水泥等都有相当数量的钙矾石,并且以它作为早强组分的新品种水泥正在不断增多。钙矾石的形成不仅是上述几种水泥水化中的一个重要反应,而且也是硅酸盐水泥早期水化和含硫酸盐的环境水与硬化浆体之间的一个重要反应。如水泥浆体的缓凝,膨胀水泥混凝土中自应力的发展以及混凝土的硫酸盐侵蚀等,都与钙矾石的形成有关。     

硫铝酸盐水泥水化、硬化及其特性

硫铝酸盐水泥是一个新的水泥系列,它是以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物的熟料,通过外掺二水石膏而制得的早强、微膨胀、膨胀和自应力等水泥。目前试产、试用的数量达四万吨。此水泥用于自应力水泥压力管以及其他制品和抢修、防渗等工程上得到良好的效果。用X射线、差热分析、电子显微镜、压汞侧孔仪等工具,研究了这一水泥系列的水化产物、水化过程、水泥石结构。解释了硫铝酸盐自应力水泥具有自应力值高、抗渗气密性好、工艺性能稳定等特性的原因;证明了低碱度下钙矾石的膨胀理论的正确性;讨论了硫铝酸钙系统水泥早期强度发挥快的原因;提出了对该系统水泥耐久性的看法。     

矿渣水泥中钙矾石形成条件及其作用

本文主要研究钙矾石(3CaO·Al_2O_3·3CaSO_4·32H_2O,简称E盐),联系矿渣硅酸盐水泥和石膏矿渣水泥在水化硬化过程中的物理化学条件,探讨E盐的生成和作用。在这个基础上,进一步改变矿渣硅酸盐水泥和石膏矿渣水泥的组成,得到具有微膨胀特性的矿渣水泥,并论述E盐在这种矿渣水泥中的生成数量、速度、形态、稳定性及其膨胀作用。     

硅酸盐水泥-粉煤灰-脱硫石膏复合材料的性能研究

在脱硫石膏中掺入不同质量分数的硅酸盐水泥和粉煤灰,组成硅酸盐水泥-粉煤灰-脱硫石膏复合材料,研究了其力学性能和耐水性能.结果表明:当硅酸盐水泥和粉煤灰的掺量分别为16％和8％的时,其7d的抗折强度达5.85 MPa、抗压强度达21.33 MPa,吸水率下降18.19％.在硅酸盐水泥、粉煤灰和脱硫石膏的共同作用下,硅酸盐水泥和粉煤灰水化生成的主要产物水化硅酸钙、钙矾石填充于脱硫石膏晶体之间和硬化体的空隙当中,有效增强了脱硫石膏的强度,降低了吸水率.     

用工业废料生产以硫铝酸钙和硫硅酸钙为主要矿物相的特种水泥

硫铝酸钙水化生成钙矾石,已被试验充分证实。钙矾石是膨胀、抗水缩、快硬、早强和节能水泥的一种主要矿物组份。但对硫硅酸钙的水化及物理力学性能的了解却甚少,许多研究者观察了它在水泥中的存在,在石膏杂质或矿化剂存在时,硫硅酸钙在普通硅酸盐水泥熟料中仅作为一种微量的矿物相,而在硫铝酸盐水泥熟料中其含量较高。     

钙矾石与膨胀水泥

钙矾石是大多数膨胀水泥的主要水化相。因此,钙矾石的结构特征及其形成速度和数量,以及它与其他水化相的匹配,对膨胀水泥的性能都产生复什的影响。作者根据国内外学者的研究成果,以及自己多年从事膨胀—自应力水泥研究的体会,对钙矾石与膨胀水泥性能之间若干问题和膨胀机理提出一些看法,供大家讨论。一、关于水泥的减缩及其补偿—钙矾石形成数量问题关于钙矾石(E盐)的形成速度,形态对膨胀水泥(EC)性能的影响,已发表了     

硫铝酸盐水泥的研究

分别用X射线、差热、岩相、电子显微镜和化学分析等方法研究了不同温度下煅烧的不同铝硅比、碱度和铝硫比的硫铝酸盐水泥熟料的矿物形成规律,并研究了用这种熟料和矿物所配制的水泥系列的水化、硬化和性能。研究结果表明:在CaO-Al_2O_3-SiO_2-SO_3系统中,由于SO_3的作用可抑制C_2AS的形成;适当的煅烧温度可使2C_2S·CaSO_4分解,从而可以形成以C_4A_3S和C_2S为主要矿物的熟料。在用这一熟料配制水泥时,通过调节掺加二水石膏量的方法可以调节水泥浆体中钙矾石及其他水化相的形成时间和数量,从而获得早强、微膨胀、膨胀和自应力水泥系列。这一水泥系列已有工业规模的生产,硫铝酸盐自应力水泥用于制造自应力水泥压力管;硫铝酸盐微膨胀和早强水泥主要用于抢修、抗渗、负温等工程。     

硫铝酸盐基复合胶凝体系水化性能的温度敏感性

研究了5、20℃和40℃硫铝酸盐水泥熟料-硅酸盐水泥-无水石膏三元体系(简称三元体系)的初凝时间、抗压强度及水化产物组成。结果表明:源自水化产物的显著差异,所涉硫铝酸盐水泥熟料为主的复合胶凝体系的性能对养护温度的敏感程度直接取决于初始配合比。与纯硫铝酸盐水泥熟料相比,单掺硅酸盐水泥时水化产物由钙矾石变为水化钙铝黄长石,导致硬化浆体力学强度显著降低。而单掺无水石膏或复掺无水石膏和硅酸盐水泥时,石膏的掺入促进了钙矾石的生成,有效抑制了向单硫型水化硫铝酸钙的转变(尤其在高温下),使得高温下的抗压强度略有提升。此外,欲使三元体系在不同养护温度下的初凝时间变化不大,硅酸盐水泥的掺量需控制在30%以上;要使抗压强度变化不大,石膏掺量宜在25%以上。     

改性磷石膏对石膏矿渣水泥水化过程的影响研究

采用质量分数为5％～25％的改性磷石膏、15％的硅酸盐水泥熟料、60％～80％的矿渣混合磨细制成石膏矿渣水泥,研究了改性磷石膏掺量对石膏矿渣水泥浆体的抗压强度、水化热、孔溶液pH值及水化产物的影响情况.结果表明,掺入改性磷石膏使得石膏矿渣水泥的3 d、7 d抗压强度降低,其掺量为10％、15％时,水泥的28 d、90 d抗压强度超过普通硅酸盐水泥.在3 d至90 d龄期内,水泥孔溶液pH值随龄期增长而逐渐增大.在相同龄期时,随着改性磷石膏掺量的增大,水泥孔溶液pH值减小,水化放热峰出现时间延缓.微观分析表明,掺入改性磷石膏后,28 d龄期时的水泥水化产物主要为钙矾石和C-S-H凝胶,水化产物的生成量在改性磷石膏掺量为15％时最多.     

复合水泥对生活污泥固化效果的研究

以硅酸盐水泥为机体,利用铝酸盐水泥水化速度快和二水石膏促进生成钙矾石的特点,组成三元复合水泥固化剂固化城市污泥。研究复合水泥对固化体力学性能、矿物组成和水化速率的影响。分析结果表明:固化剂的掺量不应低于20%,铝酸盐水泥和二水石膏会促进固化体水化,产物钙矾石和C-S-H凝胶起到骨架作用,保证了固化体的强度。     

钙矾石相的形成、稳定和膨胀——记钙矾石学术讨论会

中国硅酸盐学会水泥专业委员会水泥化学和物化测试学组于1982年12月24～28日在杭州浙江大学的支持下,在杭州召开了钙矾石学术讨论会。16个高等院校、科研单位和工厂的39名从事钙矾石研究和对这项工作关心的科技工作者聚会在一起,宣读了22篇论文,并就钙矾石的形成、稳定和膨胀等三个问题,各抒己见,进行了充分的讨论。 钙矾石(C_3A·3CaSO_4·31H_2O),又称三硫酸盐型水化硫铝酸钙,是重要的水泥水化产物之一,它存在于各种硅酸盐水泥混凝土中,对其凝     

低水灰比水泥石中钙矾石性状研究

研究了含超细水泥（掺量０～２０％）的水泥在低水灰比（Ｗ／Ｃ＝０．２１）水化１～７ｄ钙矾石相对形成量的变化情况，并观察了ｌｄ龄期水泥石结构。结果表明，低水灰比条件下含与不含超细水泥的硬化浆体中钙矾石相对形成量均比高水灰比（Ｗ／Ｃ＝０．３５）的低；在低水灰比系列中，含超细水泥体系的钙矾石形成量均高于不含超细水泥体系的钙矾石形成量；随着超细水泥掺入量增加，钙矾石相对形成量先增后降，这是水化速度与产物生长空间共同作用的结果。低水灰比水泥石体系中可以观察到的钙矾石晶体不多，且呈细小状，与其他水化产物紧密联系。     

脱硫石膏-铝土矿-硅酸盐水泥混合基自流平材料

以脱硫石膏、铝土矿和普通硅酸盐水泥为原料制备自流平材料,研究了胶凝材料的表观性状、强度发展、结构与产物,以及胶凝机理.结果表明,脱硫石膏掺量20％～ 40％时,自流平材料表面性状良好,水化作用较快,凝结时间合理,具有密实的钙矾石胶凝结构;脱硫石膏掺量不足时,无法形成以钙矾石为主的胶凝结构,过量则导致胶凝体强度显著下降、凝结时间明显延长、后期强度几乎不发展.钙黄长石和硅酸钙可以指示28 d胶凝体的“亏钙”程度.因此,掺量不大于40％的脱硫石膏可与铝土矿、普通硅酸盐水泥制备混合基自流平材料,为资源化利用脱硫石膏提供了新途径.     

氢氧化镁对磷石膏基水泥性能的影响

在磷石膏基水泥中加入氢氧化镁,以提高其抗碳化性能,运用XRD、SEM等测试方法对其水化过程和机理进行了探讨。结果表明,当氢氧化镁掺量达到8％后,水泥碳化7d后的强度高于碳化前的强度,且随氢氧化镁掺量的增加碳化深度逐渐减小。氢氧化镁与二氧化碳反应生成碳酸镁,堵塞水泥石中的孔隙,阻止了二氧化碳的渗入,保护了体系中的钙矾石不被二氧化碳大量分解,使水泥石更加致密,是氢氧化镁能够改善磷石膏基水泥抗碳化性能的主要原因。     

石膏对水泥熟料的缓凝促强作用

从理论上说，石膏对硅酸盐水泥熟料的缓凝促强作用是由于熟料与石膏一起磨细加水后，熟料中各矿物与石膏一起迅速溶解于水，并开始水化，形成石膏、石灰饱和溶液。而在熟料各矿物中，Ｃ３Ａ的水化速度最快，Ｃ３Ａ在石膏、石灰的饱和溶液中生成钙矾石，在熟料颗粒表面形成钙矾石保护膜，封闭熟料组分的表面，阻滞水分子以及离子的扩散，从而延缓了熟料颗粒特别是Ｃ３Ａ的继续水化，也就是延长了熟料的凝结时间。随着扩散作用的进展，生成钙矾石的量不断增加，在尚未硬化的浆体中生成钙矾石，有助于强度、尤其是早期强度的发挥，从而提高了熟…     

利用磷石膏制备低热、微膨胀复合水泥的研究

为大量利用磷石膏,本文采用在复合水泥中掺加磷石膏的方法,开展了制备低热、微膨胀复合水泥的试验研究,并采用DSC、XRD、SEM及等温水化热仪表征了该复合水泥的水化特征.研究结果表明:磷石膏具有显著的缓凝效果,通过掺加Na2SO4和提高磷石膏掺量的方法,可大幅度缩短水泥的凝结时间、提高水泥的早期强度.当磷石膏掺量超过10％时,水泥水化产物中钙矾石量显著增加,并出现二水石膏,硬化水泥浆体呈现出微膨胀性.通过调整磷石膏的掺量,可控制复合水泥的膨胀率.     

钙矾石的形成与作用

钙矾石是常用硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的重要水化产物。系统总结和分析国内外较长时期以来有关钙矾石基本性质、形成条件、稳定性影响因素与作用发挥等方面的研究结果,讨论了钙矾石研究今后的热点和难点。认为钙矾石形成、稳定以及作用发挥与多种组分的供给平衡有关,即使与外界无组分交换,都难以长期控制钙矾石的形成或稳定;对于硅酸盐水泥,控制硫酸盐的供给可降低钙矾石的不利影响,而对于硫铝酸盐水泥,长期保持硫酸盐的供给则更为有利。     

高炉矿渣-粉煤灰-脱硫石膏-水泥制备硅酸钙板的协同水化机理

以高炉矿渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥为原料,通过搅拌-压力成型-预养-脱模-蒸压养护的工艺流程制备硅酸钙板,研究了原料配方、蒸养时间对硅酸钙板抗折强度的影响,并采用DSC、XRD、IR和SEM等方法研究了混合原料的协同水化历程和水化产物的微观结构.结果表明:高炉矿渣、粉煤灰、脱硫石膏和水泥最佳配比为50％、5％、25％和20％,最佳蒸压温度和时间分别为180℃和10 h,原料在协同水化历程中依次生成了C-S-H凝胶、片状托贝莫来石、纤维状钙矾石和针状硬硅钙石,硬硅钙石的生成使得硅酸钙板的强度得以提升.     

激发条件对脱硫石膏-矿渣体系水硬强度的影响

利用正交实验研究了硅酸盐水泥和其他两种矿物组分复合激发对脱硫石膏-矿渣体系强度的影响,用SEM、XRD分析了水化样品的微观结构.研究结果表明:硅酸盐水泥等多组分复合激发下,脱硫石膏-矿渣体系在水中标准条件养护,3 d抗压强度达17 MPa以上,28 d抗压强度达58 MPa以上.复合激发剂3种组分的优化组合为6:6:5,复合激发剂的用量为脱硫石膏-矿渣体系质量的17%左右.脱硫石膏-矿渣体系在复合激发条件下的水化产物主要是钙矾石和C-S-H.大量钙矾石、石膏晶体相互交叉连生,未水化石膏、矿渣颗粒所填充其间,在C-S-H凝胶的胶结下,形成了较为致密的晶胶搭配构成的微观结构.